認證與多因素驗證｜資訊安全

Learning Objectives

區分認證的三類因素，說明暴力破解與撞庫的差別
依 RFC 6238 計算 TOTP，並說明時間範圍的取捨
比較密碼、TOTP 與通行金鑰面對釣魚網站的結果，說明通行金鑰綁定來源的作用
為登入程式加上速率限制與一致的錯誤訊息，並確認正常功能仍可使用

認證因素與密碼攻擊

另一個網站的資料外洩後，外洩的帳號密碼會被拿來嘗試登入其他網站。即使校園系統本身沒有被入侵，重複使用密碼的學生帳號也可能因此被盜。

認證（authentication）是確認使用者身分的過程。依據可分成三類因素：

因素	例子
所知（something you know）	密碼、PIN
所有（something you have）	手機上的驗證器、硬體金鑰
所是（something you are）	指紋、臉部

多因素驗證要求兩類以上的因素。同一類的兩個祕密（密碼加上安全提示問題）不算多因素。

針對密碼的自動化攻擊，OWASP 區分為三種：

攻擊	作法	主要的防護
暴力破解（brute force）	對單一帳號嘗試多個密碼	依帳號限制失敗次數
撞庫（credential stuffing）	以其他網站外洩的帳號密碼組合逐一嘗試	多因素驗證、封鎖已外洩的密碼
密碼噴灑（password spraying）	以少數常見密碼嘗試大量帳號	封鎖常見密碼、多因素驗證

撞庫與噴灑對每個帳號只嘗試很少的次數，單靠依帳號的失敗計數不易察覺；攻擊者也可以透過代理網路分散來源，所以 OWASP 不建議把 IP 限制作為主要防護。

TOTP 的原理與限制

TOTP（Time-based One-Time Password，RFC 6238）是驗證器 App 常用的一次性密碼。註冊時，伺服器與裝置共有一組種子（常以 QR Code 傳遞），之後雙方各自依目前時間計算：

T    ＝ ⌊(目前的 Unix 時間 − T0) ÷ X⌋      預設 T0 ＝ 0、X ＝ 30 秒
TOTP ＝ HOTP(種子, T)                       以 HMAC 計算後做動態截斷

代碼不需要經由網路傳送就能產生，也會隨時間改變。RFC 6238 建議為網路延遲至多容許一個時步的誤差，時鐘漂移則可記錄各裝置的偏差後調整（第 6 節），並且要求同一組代碼不可使用第二次。容許範圍越大，對使用者越方便，但攻擊者可以利用的時間也越長。

種子是共用的祕密，伺服器必須妥善保存。若種子外洩，攻擊者可以計算出所有代碼。

簡訊驗證碼也是常見的第二因素，但有更多限制：攻擊者可以說服電信業者把門號轉移到另一張 SIM 卡（SIM 卡調換），NIST SP 800-63B-4 也將透過公用電話網路傳送的驗證方式列為受限制的驗證方式，要求另外提供不受限制的選擇，並告知使用者相關風險。下方練習真正計算 TOTP，並模擬伺服器的驗證。

釣魚與通行金鑰

釣魚是誘導使用者在假網站上輸入帳號密碼。假網站可以把畫面做得與真網站相同，密碼與 TOTP 都是使用者手動輸入的文字，假網站可以取得後即時轉送給真網站。NIST SP 800-63B-4 明確指出，需要手動輸入輸出值的方式不具抗釣魚性。

通行金鑰（passkey）以 WebAuthn 標準為基礎，使用公鑰密碼學。註冊時，裝置產生一對金鑰，伺服器只保存公鑰。這組金鑰與相關資訊在 WebAuthn 中稱為 credential，本課稱為通行金鑰憑據，與第 4 課的 TLS 憑證不同。登入時，裝置以私鑰對伺服器的挑戰值簽章。它能抵抗釣魚，關鍵在於通行金鑰憑據綁定來源：

每個通行金鑰憑據都綁定一個 RP ID（信賴方識別碼），通常是網站的網域
瀏覽器依實際連線的網域檢查：RP ID 必須等於這個網域，或是它的上層可註冊網域。例如 login.campus.example 可以使用 campus.example，campus.example.other.example 則不可以
簽章的內容包含 RP ID 的雜湊值，以及瀏覽器填入的實際來源，所以伺服器也能驗證這次簽章來自哪裡

判斷由瀏覽器依網址進行，與頁面外觀無關。帳號若仍保留密碼登入，假網站可以直接要求輸入密碼，使用者依然可能受騙；要得到完整的保護，較弱的登入方式也要一併限制。通行金鑰也有不解決的問題：工作階段被竊取（第 6 課）、惡意程式、以及較弱的帳號復原流程，都需要另外處理。

本課的模擬環境。 下方的假網站與攻擊者都由程式模擬，只使用保留網域，不會連線到任何系統，也不包含任何真實機構的頁面。實際製作或使用釣魚頁面可能觸犯法律（第 1 課）。

速率限制與帳號列舉

登入程式本身也會洩漏資訊。若「查無此帳號」與「密碼錯誤」顯示不同的訊息，攻擊者不需要知道密碼就能確認哪些信箱已經註冊，這稱為帳號列舉。OWASP 建議對兩種情況回應相同的內容與狀態碼；回應時間的差異也可能洩漏帳號是否存在，所以應該讓兩種情況都執行相同的雜湊比對。

速率限制限制一段時間內的嘗試次數。常見的選擇有下列取捨：

作法	優點	限制
依帳號計數並暫時鎖定	直接阻止對單一帳號的暴力破解	攻擊者可以故意鎖定他人帳號，造成阻斷服務；需要提供重設或解鎖的途徑
依 IP 計數	不會鎖定帳號	攻擊者可分散來源；校園或公司共用同一 IP，容易影響到正常使用者
逐步增加等待時間	對正常使用者的影響較小	實作較複雜，仍要搭配其他防護

OWASP 建議把失敗計數綁定帳號而不是來源 IP，並留意鎖定被用於阻斷服務的情形。NIST SP 800-63B-4 要求連續失敗不得超過 100 次，並容許組織訂定更嚴格的限制。多因素驗證對大多數與密碼相關的攻擊都是較好的防護，速率限制與它互補，不能相互取代。

本課的模擬環境。 下方的「模擬連續嘗試」只對程式裡的虛構帳號呼叫函式，不會連線到任何系統。對真實網站進行連續嘗試可能觸犯法律（第 1 課）。

互動練習：一致的錯誤訊息與速率限制✓ Completed

按「啟動伺服器」後依任務操作。修補時只需要修改 attempt()。計數請寫在程式已有的 failures 字典，時間使用 time.time()，「自動檢查」頁會實際呼叫這個函式驗證行為（這個頁面與「模擬連續嘗試」由唯讀的 lab_check.py 提供）。一種可行的寫法如下，其中 DUMMY 讓不存在的帳號也執行相同的雜湊比對：

GENERIC = '信箱或密碼不正確'
DUMMY = generate_password_hash('placeholder', method=FAST)


def attempt(email, password):
    count, last = failures.get(email, (0, 0))
    if time.time() - last >= LOCK_SECONDS:
        count = 0                # 鎖定期滿後重新計數
    if count >= MAX_FAILURES:
        return False, GENERIC
    ok = check_password_hash(USERS.get(email, DUMMY), password) and email in USERS
    if not ok:
        failures[email] = (count + 1, time.time())
        return False, GENERIC
    failures.pop(email, None)
    return True, ''

鎖定期滿後要重新計數，否則本人打錯一次就會立刻再被鎖定，攻擊者也能藉此讓對方一直無法登入。真實系統的計數應放在資料庫或 Redis，並限制記憶體用量，才能在多個程序之間共用。

重點整理

認證因素分為所知、所有、所是；多因素驗證要求兩類以上
暴力破解、撞庫與密碼噴灑的作法不同，防護也不同；單靠 IP 限制不足
TOTP 由共用種子與時間計算，容許範圍要小，代碼不可重複使用；簡訊驗證碼有 SIM 卡調換等限制
密碼與 TOTP 都能被假網站取得後轉送；通行金鑰的抗釣魚性來自綁定來源，前提是帳號不再接受較弱的登入方式
登入錯誤應顯示一致的訊息，回應時間也要接近，以避免帳號列舉
依帳號鎖定可能被用來影響他人，要限制鎖定時間、提供重設途徑，也不能影響其他帳號

下一課討論登入之後如何維持狀態：工作階段與 Cookie。

這一課完成了！

Next lesson：Session 與 Cookie

你目前沒有登入，學習進度只存在這個瀏覽器。 Login 後，進度會跟著帳號，換電腦也看得到。

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Chat Message Notifications

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認證與多因素驗證

Learning Objectives

認證因素與密碼攻擊

TOTP 的原理與限制

互動練習：TOTP 的計算與驗證✓ Completed

釣魚與通行金鑰

互動練習：三種認證方式面對假網站的結果✓ Completed

速率限制與帳號列舉

互動練習：一致的錯誤訊息與速率限制✓ Completed

重點整理

小測驗✓ 已答對

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